引言
近10年來，隨著計算機(jī)、通信、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫等技術(shù)的飛速發(fā)展以及電力市場安全運行和商業(yè)化運營的需要，新一代電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)正逐步形成，系統(tǒng)需考慮電力市場環(huán)境中的安全運行及商業(yè)化運營的要求，將scada/ems/dts，繼電保護(hù)、安全自動裝置及智能穩(wěn)措管理系統(tǒng)，電力市場系統(tǒng)，水調(diào)自動化系統(tǒng)，調(diào)度mis和雷電定位系統(tǒng)等進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)計，實現(xiàn)數(shù)據(jù)與資源的高度共享。
目前，電力調(diào)度自動化在硬軟件平臺及系統(tǒng)實現(xiàn)技術(shù)方面存在很大差別，給各應(yīng)用之間的數(shù)據(jù)共享、軟件互聯(lián)帶來困難。解決辦法通常是：①跨部門收集各應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)；②根據(jù)需要開發(fā)點對點的接口。以上方法的缺點是系統(tǒng)內(nèi)各子系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)復(fù)雜，缺乏一種標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)庫訪問接口，造成了大量的冗余數(shù)據(jù)，并因此造成了數(shù)據(jù)的不一致性，同時新建的系統(tǒng)雖然暫時避免成為“自動化系統(tǒng)的孤島”，但是不會建立系統(tǒng)所需要的共享、的分布式數(shù)據(jù)平臺。近年來，基于corba中間件技術(shù)、公用信息模型（cim）等一體化設(shè)計的電力調(diào)度自動化系統(tǒng)的研究與開發(fā)引起了廣泛關(guān)注，特別是iec61970標(biāo)準(zhǔn)的不斷完善，為一體化系統(tǒng)的開發(fā)提供了越來越強(qiáng)大的技術(shù)保障。在這個一體化系統(tǒng)中，scada/ems、電力市場系統(tǒng)、調(diào)度員培訓(xùn)仿真系統(tǒng)（dts）、報表生成系統(tǒng)、調(diào)度mis、操作票管理系統(tǒng)等基于一個統(tǒng)一的中間件平臺集成在一起。但是，一方面，一體化系統(tǒng)的研究和開發(fā)本身還有待完善；另一方面，各企業(yè)的既有應(yīng)用模塊與基于中間件模塊的一體化技術(shù)規(guī)范存在很大的區(qū)別，難以融合。無論是出于資金、技術(shù)方面的考慮還是應(yīng)用持續(xù)性方面的考慮，一體化系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用都是一個漸進(jìn)的過程。為了充分發(fā)揮既有應(yīng)用模塊的作用，又促使現(xiàn)有系統(tǒng)的改進(jìn)或新建應(yīng)用模塊向一體化方向發(fā)展，本文基于調(diào)度自動化系統(tǒng)的現(xiàn)有應(yīng)用、潛在應(yīng)用及其相互關(guān)聯(lián)的分析，提出了一種基于調(diào)度公用數(shù)據(jù)倉庫的電力調(diào)度自動化系統(tǒng)的一體化設(shè)計模式。在當(dāng)前5級調(diào)度體制下，每一級調(diào)度都有各自不同的特點。本文的分析基于省調(diào)系統(tǒng)。
1電網(wǎng)調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)
在省調(diào)主站端，用于電網(wǎng)監(jiān)控的主要部分為scada/ems。省調(diào)scada負(fù)責(zé)省網(wǎng)220kv以上變電站、部分110kv變電站及省內(nèi)電廠的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、事件順序記錄、事故追憶和反演、歷史數(shù)據(jù)的管理及各類報表系統(tǒng)，并負(fù)責(zé)與網(wǎng)調(diào)主站系統(tǒng)、地調(diào)系統(tǒng)及其他相關(guān)系統(tǒng)的通信工作。
省調(diào)ems包括網(wǎng)絡(luò)建模與拓?fù)浞治觯╪mb）、狀態(tài)估計（se）、調(diào)度員潮流（dpf）、靜態(tài)安全分析（sa）、短期負(fù)荷預(yù)測（slf）、網(wǎng)損分析（nls）、自動發(fā)電控制（agc）、自動電壓控制（avc）等。其中nmb，se，dpf，sa，slf，nls等模塊主要根據(jù)電網(wǎng)的實時或歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行計算并進(jìn)行多方面的電網(wǎng)分析，而avc，agc則根據(jù)電網(wǎng)的實時運行狀態(tài)進(jìn)行電網(wǎng)的調(diào)壓、調(diào)頻與經(jīng)濟(jì)調(diào)度。
省調(diào)的scada/ems需要來自電廠、變電站和地區(qū)調(diào)度的多種數(shù)據(jù)。在廠站端，電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)主要包括變電站綜合自動化系統(tǒng)及水（火）電廠計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，涉及的上行信息包括電壓、電流、有功、無功等實時遙測量和斷路器、刀閘等遙信量。電網(wǎng)功角是電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的重要參數(shù)。隨著gps時鐘同步技術(shù)的發(fā)展，電網(wǎng)功角實時測量的條件日趨成熟，將成為scada系統(tǒng)的測量內(nèi)容。下行信息包括avc，agc等的控制信息。
在地調(diào)主站端，地調(diào)的scada/pas是電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分。目前地調(diào)與省調(diào)的通信內(nèi)容包括地調(diào)轉(zhuǎn)發(fā)部分變電站的實時數(shù)據(jù)及各地區(qū)的功率總加及關(guān)口信息。隨著省地調(diào)調(diào)度員聯(lián)合培訓(xùn)系統(tǒng)的實施，地調(diào)110kv變電站及部分110kv以下的變電站實時信息也將是地調(diào)向省調(diào)轉(zhuǎn)發(fā)的重要信息。
電網(wǎng)調(diào)度監(jiān)控部分的信息流程如圖1所示。
2繼電保護(hù)與智能穩(wěn)措
在電力系統(tǒng)中，繼電保護(hù)擔(dān)當(dāng)著斷開故障元件（發(fā)電機(jī)、變壓器、母線、線路等）的重任，智能穩(wěn)措需要在系統(tǒng)故障時及時切除系統(tǒng)的不平衡出力或不平衡負(fù)荷，力爭系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。近些年來，在調(diào)度主站端，電網(wǎng)繼電保護(hù)及故障信息管理系統(tǒng)、智能穩(wěn)措主站系統(tǒng)逐漸引起了重視。
目前，電網(wǎng)繼電保護(hù)及故障信息管理系統(tǒng)的主要功能是利用計算機(jī)技術(shù)和數(shù)據(jù)通信技術(shù)，收集廠站端的微機(jī)保護(hù)信息和故障錄波信息，查詢所管轄的變電站中各保護(hù)的狀態(tài)、歷史事件的記錄數(shù)據(jù)及微機(jī)保護(hù)定值等運行信息，根據(jù)錄波裝置的數(shù)據(jù)分析線路故障的各種情況，包括故障距離、故障類型、故障時電流電壓波形及諧波等。保護(hù)定值下傳還未投入實際應(yīng)用，但從技術(shù)上講應(yīng)不存在問題。電網(wǎng)中有些保護(hù)的定值與電網(wǎng)的運行方式密切相關(guān)。隨著電網(wǎng)的發(fā)展和電力市場的需要，可控串聯(lián)電容補(bǔ)償?shù)褥`活交流輸電技術(shù)（facts）將逐步得到應(yīng)用，這將導(dǎo)致電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、電網(wǎng)運行方式及故障后故障元件參數(shù)的靈活變化，對繼電保護(hù)提出更高要求，對繼電保護(hù)定值提出自適應(yīng)要求。因此，利用ems數(shù)據(jù)及時分析電網(wǎng)的變化，在線計算保護(hù)定值，將是ems數(shù)據(jù)的一個重要應(yīng)用，是電網(wǎng)繼電保護(hù)及故障管理系統(tǒng)的一項重要功能。
由于負(fù)荷水平的增長、電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大和對供電可靠性要求的提高，防止系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的破壞是當(dāng)前電力系統(tǒng)中極為重要的任務(wù)之一。在電力市場的運作過程中，系統(tǒng)運行方式變得越來越復(fù)雜，且快速多變，要求有更加快速、準(zhǔn)確、有效的穩(wěn)定控制手段。這些新的變化和要求使傳統(tǒng)的基于“離線計算、在線匹配”的就地型穩(wěn)定控制裝置越來越不適應(yīng)電力系統(tǒng)發(fā)展的需要。根據(jù)從ems獲得的電網(wǎng)實時信息，在線生成*策略表并下傳到各區(qū)域控制系統(tǒng)，也成為ems數(shù)據(jù)的另一項非常重要的應(yīng)用。
繼電保護(hù)與智能穩(wěn)措的信息流程如圖2所示。
3電力市場系統(tǒng)
自20世紀(jì)80年代末起，英國開始電力市場的實踐。國內(nèi)從90年代中期開始，清華大學(xué)、南瑞集團(tuán)公司、中國電力科學(xué)研究院、東方電子信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司等多家單位開始電力市場系統(tǒng)的研究工作，國家電力公司及有關(guān)網(wǎng)省局在山東、上海、浙江、遼寧、吉林、黑龍江6個電網(wǎng)進(jìn)行了“廠網(wǎng)分開、競價上網(wǎng)”的試點。2000年，6家單位的發(fā)電側(cè)電力市場系統(tǒng)相繼投運，與此同時，河南、湖南等省電力公司也開展了相關(guān)工作。綜觀上述電力市場系統(tǒng)，雖然其實現(xiàn)方式有所區(qū)別，但系統(tǒng)功能方面比較相似，大體包括如下幾個方面：電能量計量計費系統(tǒng)、能量管理系統(tǒng)、發(fā)電報價系統(tǒng)、交易管理系統(tǒng)、合同管理系統(tǒng)、結(jié)算系統(tǒng)、即時信息系統(tǒng)和市場分析與預(yù)測系統(tǒng)。另外，當(dāng)考慮配電側(cè)電力市場時，配電公司及大用戶數(shù)據(jù)申報系統(tǒng)也*。國家電力公司在《電力市場系統(tǒng)的功能要求》中給出了電力市場系統(tǒng)的信息流程。電力市場系統(tǒng)通過scada/ems實現(xiàn)對電力系統(tǒng)的監(jiān)測、調(diào)節(jié)與控制功能。
4水調(diào)自動化系統(tǒng)
水調(diào)自動化系統(tǒng)進(jìn)行與水庫運行有關(guān)的監(jiān)視、預(yù)報、調(diào)度和管理。它基于水電站流域或其他相關(guān)系統(tǒng)的水文、氣象和水庫運行的歷史及實時信息，進(jìn)行在線水文預(yù)報、優(yōu)化調(diào)度和水庫綜合管理，結(jié)合電網(wǎng)運行及機(jī)組的實時信息，依據(jù)相關(guān)數(shù)學(xué)模型，提供包括防洪和發(fā)電在內(nèi)的綜合調(diào)度決策方案，同時能自動控制水庫閘門的開閉，并支持水電廠和電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度、水火電的聯(lián)合調(diào)度，并在此基礎(chǔ)上形成水電廠電力市場報價系統(tǒng)。
5調(diào)度員培訓(xùn)仿真系統(tǒng)
調(diào)度員培訓(xùn)仿真系統(tǒng)（dts）運用計算機(jī)技術(shù)，通過建立實際電力系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，再現(xiàn)各種調(diào)度操作和故障后的系統(tǒng)工況，并將這些信息送到電力系統(tǒng)控制中心的模型內(nèi)，為調(diào)度員提供一個逼真的培訓(xùn)環(huán)境，以達(dá)到既不影響實際電力系統(tǒng)的運行，又使調(diào)度員達(dá)到身臨其境的實戰(zhàn)演練的目的。目前，世界各國電力系統(tǒng)中調(diào)度員培訓(xùn)模擬系統(tǒng)正在日益成為提高電網(wǎng)運行水平及事故處理能力的有力工具。
隨著dts的日益普及和計算機(jī)技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，dts的內(nèi)涵及使用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，目前，dts不僅用于調(diào)度員的培訓(xùn)、提高調(diào)度員的水平，而且要作為電網(wǎng)運行支持人員和決策人員的研究工具，如運行方式人員通過dts制定合理的運行方式，研究電網(wǎng)的特殊運行方式，對規(guī)劃中的電網(wǎng)進(jìn)行研究分析，繼電保護(hù)人員通過dts進(jìn)行合理的繼電保護(hù)整定配置和反事故措施的研究、利用遠(yuǎn)程通信進(jìn)行省地調(diào)聯(lián)合培訓(xùn)和反事故演習(xí)等。
培訓(xùn)系統(tǒng)教案制作的原始數(shù)據(jù)來自于ems的實時或歷史數(shù)據(jù)。在省地調(diào)聯(lián)合培訓(xùn)時，需要來自地調(diào)轉(zhuǎn)發(fā)的110kv及以下電壓等級的實時數(shù)據(jù)，同時需要遠(yuǎn)程通道進(jìn)行地調(diào)dts與省調(diào)dts的信息交換。
6雷電定位系統(tǒng)
雷電定位系統(tǒng)通過對現(xiàn)場的雷電采集裝置的采集信號進(jìn)行過濾處理，將雷電流大小、雷電極性、雷擊次數(shù)、雷擊發(fā)生的時間等上傳調(diào)度中心，協(xié)助調(diào)度的故障分析與故障定位。與調(diào)度自動化系統(tǒng)的其他應(yīng)用具有相對的數(shù)據(jù)獨立性。
7調(diào)度mis
調(diào)度mis至今還沒有一個統(tǒng)一的說法，但有一點我們應(yīng)該可以肯定：服務(wù)于電力系統(tǒng)的實時調(diào)度應(yīng)該是調(diào)度mis的重要任務(wù)。因此，它應(yīng)該是建立于調(diào)度自動化系統(tǒng)前述應(yīng)用之上，并充分利用各種應(yīng)用所產(chǎn)生的信息，向電力公司的erp，mis及gis等系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)信息。
8電力調(diào)度數(shù)據(jù)倉庫及電力調(diào)度自動化系統(tǒng)的一體化設(shè)計
調(diào)度主站端的應(yīng)用系統(tǒng)包括scada/ems、繼電保護(hù)管理系統(tǒng)、智能穩(wěn)措主站系統(tǒng)、水調(diào)自動化系統(tǒng)、調(diào)度員培訓(xùn)仿真系統(tǒng)、電力市場系統(tǒng)、調(diào)度mis、雷電定位系統(tǒng)等。除雷電定位系統(tǒng)外，其余幾個部分均共享電網(wǎng)的運行數(shù)據(jù)。各應(yīng)用之間的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)如圖3所示?；谶@種，如果我們設(shè)計一個調(diào)度數(shù)據(jù)倉庫，則可得到如圖4所示的數(shù)據(jù)流程，即電力調(diào)度自動化系統(tǒng)的一體化設(shè)計流程。
圖4中的調(diào)度數(shù)據(jù)倉庫具有如下特點：①調(diào)度數(shù)據(jù)倉庫具有簡單的scada功能、狀態(tài)估計功能、實時和歷史數(shù)據(jù)的存儲功能，一方面分離了原scada/ems，dts的部分功能，另一方面成為調(diào)度自動化系統(tǒng)各主要應(yīng)用之間的紐帶；②存儲調(diào)度自動化系統(tǒng)各主要應(yīng)用的公用數(shù)據(jù)，包括電網(wǎng)運行的實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)，電網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)及其他公用數(shù)據(jù)；③為外部應(yīng)用提供方便、標(biāo)準(zhǔn)的訪問接口；④訪問速度應(yīng)滿足各種應(yīng)用在時間方面的要求等。
基于數(shù)據(jù)倉庫的一體化系統(tǒng)具有如下優(yōu)點：①數(shù)據(jù)倉庫中集中存放電網(wǎng)運行參數(shù)、設(shè)備參數(shù)及其他公用數(shù)據(jù)，減少了數(shù)據(jù)的冗余；②調(diào)度自動化系統(tǒng)各應(yīng)用程序重點處理各自的應(yīng)用功能和私有數(shù)據(jù)，系統(tǒng)設(shè)計更符合面向?qū)ο蟮脑O(shè)計思想；⑧各應(yīng)用系統(tǒng)具有相對的獨立性，無論在新的應(yīng)用子系統(tǒng)的建設(shè)還是舊的應(yīng)用子系統(tǒng)的更新過程中，與其他應(yīng)用的關(guān)聯(lián)性相對較小，能較好地滿足調(diào)度自動化系統(tǒng)漸進(jìn)式更新改造的需要；④調(diào)度自動化系統(tǒng)只經(jīng)調(diào)度數(shù)據(jù)倉庫獲取基層廠站數(shù)據(jù)，通過調(diào)度mis外送調(diào)度的有關(guān)信息，使人口、出口簡化，系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程簡單清晰，方便了調(diào)度自動化系統(tǒng)的安全防護(hù)。
9結(jié)語
本文以省調(diào)系統(tǒng)為例，較全面地分析了電力調(diào)度自動化系統(tǒng)現(xiàn)有應(yīng)用及潛在應(yīng)用的內(nèi)在，提出了基于調(diào)度數(shù)據(jù)倉庫的電力調(diào)度自動化系統(tǒng)的一體化設(shè)計模式，該模式對電力調(diào)度綜合自動化系統(tǒng)的一體化設(shè)計，對現(xiàn)有調(diào)度自動化系統(tǒng)的一體化改進(jìn)，對電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、電力調(diào)度公用數(shù)據(jù)倉庫、電力調(diào)度mis等的建設(shè)都具有非常重要的意義。